步进模版技术及其对SMT印刷工艺的影响

组件，如四方无引线（QFN），地面网格阵列（LGA），微型球网格阵列（Micro BGA），0201S，甚至01005S继续推动制造商使用更薄的模板箔，以应用正确的粘贴量到他们的板，但更大的组件，如边缘连接器仍然需要更大的粘贴量。多年来，人们一直使用步进模板来实现这一点。历史上，制作这些步骤模板的主要方法是使用光化学蚀刻工艺。近年来，出现了包括激光焊接和微加工在内的新的步骤模板制造方法。

光化学蚀刻是一个既定的过程，已经存在几十年了。它是一种减法工艺，与蚀刻印制电路板的工艺非常相似。不锈钢模板箔涂有一层光阻剂，使用照相工艺成像，然后显影，留下光阻剂以保护任何不会减少厚度或蚀刻的区域。将铝箔放入蚀刻机中，化学蚀刻剂喷在模板上，模板溶解不锈钢箔，直到达到正确的厚度。

WPA6022602IMG

图1：化学蚀刻工艺创建一个步骤模具。

一旦达到所需的模具厚度，就可以去除光阻剂。使用该工艺的蚀刻或阶梯区域的深度取决于模具暴露于蚀刻化学物质的时间。化学蚀刻过程如下所示（图1）。

激光焊接工艺将不同厚度的模板箔焊接在一起。不涉及化学腐蚀，只涉及激光切割和激光焊接。台阶开口从第一个模具中切下。从所需厚度的第二模板箔上切下相应的台阶区域。步进件放置在第一个模具的开口中。然后用激光将这些零件焊接到位。台阶区的厚度由所用钢材的厚度决定。激光焊接工艺如下图所示（图2）。

WPA60260602IMG

图2：激光焊接工艺创建一个步骤模具。

微加工过程是一个类似于蚀刻过程的减法过程，但不使用化学品。微加工过程使用非常专业的计算机数控（CNC）铣床一次去除非常少量的材料。微加工过程如下图所示（图3）。

创建步骤模具的这三个过程会在步骤区域内产生不同的纹理。步骤模板的纹理如下所示（图4）。

WPA6024602IMG

图3：创建步骤模具的微加工过程。

实验方法论

一步模具设计创建了不同厚度的逐步下降口袋。基模厚度为4.0密耳（101.6微米），下压槽厚度为3.5密耳（88.9微米）、3.0密耳（76.2微米）、2.5密耳（63.5微米）和2.0密耳（50.8微米）。每个台阶面积为1平方英寸（25.4毫米），台阶设计如下（图5）。

使用法罗臂装置测量每个台阶凹槽的厚度。比较和对比了每一步技术的测量结果。

为以下组件创建了一个孔径图案：03015 metric、01005、0.3 mm bga、0.4 mm bga和0.5 mm螺距qfn。每个部件的孔径从台阶边缘切割成不同的距离：10、20、30、40和50密耳。其目的是为了确定每种步进模板技术的焊膏印刷到步进边缘的距离。

WPA6025602IMG

图4：三步技术步骤区域的纹理。

图5：降压袋设计。

在每一步进区域的中心也切割出小孔进行比较。

每个模版由两组台阶和孔组成。在一组台阶和小孔上涂上氟聚合物纳米（FPN）涂层。

比较了FPN涂层与模具未涂层部分对焊膏印刷的影响。使用一种流行的不干净的SAC305 4型焊膏在每一步模板上进行10次印刷研究。所用的电路板为0.062”（1.57 mm）厚的裸铜包层材料。使用的打印机是Dek Horizon 02I。

要阅读这篇文章的完整版本，它出现在2017年12月的SMT杂志上，请点击这里。